Is

Denne artikkelen handlar om frose vatn. For matretten, sjå matretten is.

Ei naturleg isblokk på 4 tonn på ei strand på Island.

Snøfnugg fotografert av Wilson Bentley i 1902.

Is er eit mineral av oksidklassen, som er fellesnemnaren for dei 14 kjende faste fasane av vatn. I ein ikkje-vitskapleg kontekst, blir derimot «is» brukt om forma I_h, som er den mest vanlege av desse fasane i jorda sin biosfære. Denne istypen er ein mjuk og skjør krystall som kan sjå gjennomsiktig ut eller ha ein matt blåkvit farge, avhengig av kor rein lufta er. Har ein andre stoff som jord blanda inn i isen, kan den sjå annleis ut. Den mest vanlege faseovergangen til I_h er når vatn blir avkjølt til under 0° C ved standard atmosfæretrykk. Vatn kan også fortette seg frå vassdamp utan å gå om den flytande fasen, slik som ved rimfrost. Is kan oppstå i mange forskjellige former slik som hagl, isbitar og isbrear, og spelar ei viktig rolle i mange meteorologiske fenomen. Iskappene over polarområda er viktige for det globale klimaet og særleg i vassyklusen.

Fakta

Eit uvanleg trekk ved is som er frose ved trykk på ein atmosfære har ein tettleik som er om lag 8 % mindre enn tettleiken til vatn. Is er også ein av få stoff som utvidar seg når den frys. Is har ein tettleik på 0,917 g/cm³ ved 0 °C, medan vatn har ein tettleik på 0,9998 g/cm³ ved same temperatur. Flytande vatn er tyngst, om lag 1,00 g/cm³, ved 4 °C, og blir lettare når vassmolekyla dannar sekskanta iskrystallar når temperaturen går under 0 °C (Ordet «krystall» kjem frå det greske ordet for 'frost'). Dette kjem av hydrogenband som oppstår mellom vassmolekyla og set opp molekyla mindre effektivt (med tanke på volum) når vatnet er frose. Resultatet av dette er at is flyt på flytande vatn, ein viktig faktor for klimaet på Jorda. Tettleiken til is aukar litt ved søkkande temperatur (tettleiken til is ved −180 °C er 0,9340 g/cm³).

Når is smeltar absorberer den like mykje varmeenergi som det trengst for å varme ein tilsvarande stor masse vatn til 80 °C, medan temperaturen er konstant 0 °C.

Det er også mogeleg å varme opp is til over smeltepunktet. Ved å bruke ultraraske laserpulsar kan klår is varmast opp til romtemperatur i løpet av kort tid utan at den smeltar. Det er sannsynleg at det indre av ein iskrystall har eit smeltepunkt over 0 °C og at det er overflata som smeltar ved 0 °C. [1]

Sidan is er ein krystallforma lekam som oppstår naturleg, blir det rekna for å vere eit mineral.

Den minste isen nokonsinne blei laga av Roger Miller og Klaus Nauta ved Universitetet i North Carolina i 1999. Den bestod av 6 vassmolekyl i ein sekskant, teoretisk sett det minste iskrystallet som kan eksistere.

Romarane var dei første til å bruke is i drinkar. Dei skal også ha funne opp matretten is gjennom å laga sorbet av snø.

Forskjellige typar is

Vanleg is og snø er isen I_h, som er sekskanta. Ved forskjellig trykk og temperatur, kan is oppstå i 14 forskjellige fasar. Ein fase som er litegrann mindre stabil (metastabil) enn I_h er terningforma is (I_c). Ved å avkjøle I_h blir forma annleis fordi protona blir flytta på. Dette blir kalla Is XI.

Med omsyn til avkjøling og trykk kan fleire typar eksistere, og kvar enkelt oppstår avhengig av fasediagrammet til is. Desse er II, III, V, VI, VII, VIII, IX og X. Det er mogeleg for alle desse typane å oppstå ved om lag same trykk. Skilnaden mellom dei er krystallstrukturen, forma og tettleiken. Det finst òg to metastabile fasar for is under trykk. Desse er IV og XII. Is XII blei oppdaga i 1996. I tillegg til krystallinske former, kan fast vatn òg eksistere i amorfe (ikkje-krystallinske) fasar (ASW), amorf is med låg tettleik (LDA), amorf is med med høg tettleik (HDA) og hyperavkjølt glasaktig vatn (HGW).

Rim er ein type is som er danna ved at tåke frys på kalde flater. Den inneheld mykje fanga luft som får den til å sjå kvit ut, og ikkje gjennomsiktig. Tettleiken til rim er om lag ein fjerdedel av rein is.

Naledi er lagdelt is som oppstår i elvedalar på høge breiddegrader. Is som frys i elveleie hindrar grunnvatn i å flyte bort og får vassnivået i denne delen av elva til å stige og flyte over det frose laget. Vatnet som strøymer over isen frys så til is, og vassnivået aukar enno meir, og syklusen gjentar seg. Resultatet er lagdelt is som kan bli fleire meter tjukk.

Is kan òg oppstå som istappar, liknande stalaktittar, når vatn dryp og frys til is.

Clathrat hydrat er is som inneheld gassmolekyl fanga inni krystallen. Pannekakeis er is som i hovudsak oppstår under forholdsvis urolege tilhøve.

Andre stoff (særleg faste stoff som vanlegvis er væsker) blir også kalla «is»: Tørris er til dømes eit populært namn for fast karbondioksid.

I motsetnad til på jorda er sekskanta iskrystallar i det ytre rom svært sjeldan. Amorf is er mykje vanlegare, men sekskanta iskrystallar kan oppstå i samband med vulkanskaktivitet. [2]

Bruk av is

Isinnhausting

Hausting av is på Lake Saint Clair i Michigan, USA, om lag 1905.

Is har lenge hatt hatt stor nytte i form av avkjøling. Den ungarske parlamentsbygningen brukte lenge is som var hausta om vinteren frå Balatonsjøen til å kjøle ned lufta. Ishus blei brukt til å lagre isen, som blei danna om vinteren, året rundt, og tidlege kjøleskap vart kalla isskap fordi dei hadde ei isblok på innsida. I mange byer var det ikkje uvanleg å få is levert på døra om sommaren. Den første halvdelen av 1900-talet vart isinnhausting god forretning i Amerika. Frederic Tudor frå New England, kjend som "Iskongen", utvikla kjøleprodukt med betre isolasjon for å frakte is over lange avstandar, særleg til tropane. Denne nye teknologien førte seinare til at ein ikkje lenger trong levering av is.

Eit gamalt ishus i Kerman i Iran, bygd i mellomlalderen for å lagre is.

Rundt år 400 f.kr. hadde persiske ingeniørar i Iran allereie meistra teknikken med å lagre is midt på sommaren i ørkenen. Store stykke is blei tatt frå nærliggande fjell om vinteren, og lagra i spesialdesigna og naturleg avkjølte «kjølerom», kalla yakchal (som betyr 'islagring'). Dette var ein stor underjordisk lagringsplass (opp til 5000 m³) med tjukke veggar (minst to meter ved golvnivå) laga av ein spesiell mørtell kalla sārooj, som var laga av sand, leire, eggekviter, sitron, geitehår og oske. Denne mørtelen var svært isolerande og om lag ingen varme slapp gjennom. Ein trudde òg at blandinga var heilt ugjennomtrengeleg for vatn. Rommet hadde ofte tilgang til ein qanat (eit gamalt system for å transportere vatn over lange avstandar), og hadde ofte eit vindfangarsystem som førte til låge temperaturar sjølv om sommaren. Isen vart brukt av dei kongelege på varme sommardagar.

Sportsaktivitetar på is

Is spelar ei viktig rolle i mange vinteraktivitetar som bruk av skøyter, medrekna skøyteløp, curling og ishockey; isfiske, isklatring, og sledeløp på bob, akebrett og skeleton. Ein slags seglbåt med meier kan brukast til issegling.

Isreiser

Isbrytarar nær McMurdo Station, Februar 2002

Is kan òg vere til hinder. Det er ein stor fordel med isfrie hamner i dei polarnære områda i verden. Murmansk (Russland), Petsamo (Russland) og Vardø er døme på slike hamner. Hamner som ikkje er isfrie må opnast med isbrytarar.

Is som oppstår på vegar kan vere svært farleg. Underkjølt regn eller snø i temperaturar nær smeltepunktet kan ofte fryse på bilrutene, og det kan bli vanskeleg å sjå ut. Isskraper er designa for å fjerne is frå vindauge, men dette kan vere ein lang og slitsam prosess - særleg når sjåføren endar opp med å kome for seint på jobb.

Visst det er kaldt nok, kan eit tynt islag oppstå på innsida av rutene. Dette skjer vanlegvis visst eit køyretøy har stått i ro ei stund, men kan også skje medan ein køyrer visst temperaturen utanfor er låg nok. Fukt frå anden til sjåføren er vasskjelda til iskrystallane. Det kan ofte vere vanskeleg å fjerne denne isen, så folk lèt ofte vindauga stå så vidt på gløtt for å sleppe ut fukta, og det er vanleg at bilar har varmetrådar i bakruta. Eit liknande problem kan òg skje i heimen, som er årsaka til at mange hus i kaldare strøk har doble glasruter som isolering. Under lengre kuldeperiodar kan det dannast tjukke lag med is på innsjøar og andre vassflater (men vatn i rørsle krev mykje lågare temperatur for å fryse). Isen kan bli tjukk nok til å bere bilar og lastebilar, men isen bør då vere minst 30 cm tjukk.

Anna bruk av is

Isbitar eller knust is er vanleg å bruke i drinkar.
Pagophagia er ei spiseforstyrring der ein tvangset is.
Bygningar og isskulpturar blir bygd ut av store isblokker. Bygningane er mest til dekorasjon (t.d. isslott) og kan ikkje brukast over lang tid. I visse kalde område finst det ishotell. Igloar er eit anna eksempel på mellombelse bygningar og er i hovudsak laga av snø.
Det er mogeleg å drepe nokon med ein istapp. Dette kan forvirre etterforskarane sidan istappen, og dermed mordvåpenet, smeltar.
Under 2. verdskrig, blei is blanda med trefiber for å laga pykrete, eit sterkt materiale som det opphavleg var meininga skulle brukast til å lage eit skip som kunne frakte fly. Dette blei det ikkje noko av pga av for lite pengar til å konstruere skipet.

Is ved forskjellig trykk

Dei fleste væsker under trykk frys ved høgare temperaturar fordi trykket held molekyla tettare saman. Dei sterke hydrogenbanda gjer derimot at dette blir motsett for vatn. Vatn frys ved temperaturar lågare enn 0 °C med trykk høgare enn 1 atmosfære (atm). Derfor kan vatn også halde seg frose ved temperaturar høgare enn 0 °C med trykk lågare enn 1 atm. Ein meiner at smelting av is under høgt trykk er årsaka til at isbrear flyttar på seg. Is som blir danna under høgt trykk har ein forskjellig struktur og tettleik enn vanleg is. Is, vatn og vassdamp kan eksistere samtidig ved trippelpunktet, som er 273,16 K ved eit trykk på 611,73 Pa.

Isfasar

Fase	Karakteristikk
Amorf is	Amorf is er ein is som manglar krystallstrukturen. Amorf is eksisterer i tre former: Med lav tettleik (LDA), danna ved atmosfærisk trykk eller mindre, med høg tettleik (HDA) og amorf is med svært høg tettleik (VHDA), som blir danna under høgt trykk. LDA blir enten danna ved ekstremt rask avkjøling av flytande vatn, ved sublimasjon av vassdamp på svært kalde substrat, eller ved å varme opp is med høg tettleik under same trykk.
Is I_h	Normal sekskanta krystallinsk is. Så godt som all is i biosfæren er is I_h, med unntak av ei lita mengde is _c
Is I_c	Metastabil terningforma krystallinsk variant av is. Oksygenatoma er arrangert i ein diamantstruktur. Den blir produsert ved temperaturar mellom 130-150 K, og er stabil opp til 200 K, då den blir omdanna til is I_h. Den oppstår av og til i den øvre atmosfæren.
Is II	Ei rombeforma krystallinsk form med ein struktur av høg orden. Forma frå is I_h ved å komprimere den ved temperaturar rundt 190-210 K. Når den blir varma opp blir den omforma til is III.
Is III	Tetragonal krystallinsk is, danna ved å avkjøle vatn ned til 250 K ved 300 MPa. Av høgtrykksfasane har denne forma lavast tettleik, men har høgare tettleik enn vatn.
Is IV	Metastabil rombeforma fase. Oppstår sjeldan utan ei kjerne å fryse på.
Is V	Ei monoklin krystallinsk fase. Danna ved å avkjøle vatn til 253 K ved 500 MPa. Den mest kompliserte strukturen av alle fasane.
Is VI	Ei tetragonal krystallinsk fase. Danna ved å avkjøle vatn til 270 K ved 1,1 GPa. Fører til Debye relaksasjon.
Is VII	Ei kubeforma fase. Hydrogenatoma er i uorden, og denne isen viser Debye relaksasjon. Hydrogenbanda dannar to gitterverk som trenger inn i kvarandre.
Is VIII	Ein meir ordna versjon av Is VII, der hydrogenatoma har faste posisjonar. Danna frå is VII ved å avkjøle den til under 5 °C.
Is IX	Ei tetragonal metastabil fase. Danna gradvis frå is III ved å avkjøle den frå −65 to −108 °C, stabil under 140 K og trykk mellom 200 og 400 MPa. Den har tettleik på 1,16 g/cm³, litt høgare enn vanleg is og vatn.
Is X	Proton-arrangert symmetrisk is. Danna ved 40-45 GPa. Ein trur at is VII vil omformast til is X ved trykk på 70 GPa.
Is XI	Ei orthorhombisk likevektsform av sekskanta is i låg temperatur. Den er ferroelektrisk.
Is XII	Ei tetragonal metastabil og tett krystallinsk fase. Den er metastabil i faseområdet til is V og is VI. Den kan oppstå ved å varme amorf is med høg tettleik frå rundt 77 K til 183 K ved 810 MPa.

Is i kulturen

Kurt Vonnegut sim roman Cat's Cradle har is IX som eit sentralt element i historia, sjølv om verkeleg is IX ikkje har dei eigenskapane som Vonnegut tileignar den (som at alt vatn på jorda kan fryse til is viss det kjem i kontakt med ein ørliten bit is IX).